一種配備有開孔擋板的真空鍍膜機系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜元件制備領(lǐng)域，尤其是一種配備有開孔擋板的真空鍍膜機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計日益精密，為滿足光學(xué)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，光學(xué)系統(tǒng)中使用越來越多的大口徑光學(xué)元件，并在光學(xué)元件表面鍍制具有特殊設(shè)計的薄膜來提高光學(xué)元件的性能。當(dāng)前用于在光學(xué)元件上制備薄膜的技術(shù)主要可分為物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)。而物理氣相沉積技術(shù)是一種在真空條件下，通過蒸發(fā)或濺射薄膜材料，并在光學(xué)元件表面沉積形成薄膜的工藝過程。為優(yōu)化光學(xué)元件上薄膜分布，光學(xué)元件在真空鍍膜機內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動。該旋轉(zhuǎn)運動使得光學(xué)元件表面上任意鍍膜點處膜料沉積角均具有較寬的分布范圍，并且不同位置上膜料沉積角分布存在顯著差異，同時光學(xué)元件上薄膜厚度分布存在較大的非均勻性。對于任意給定的真空鍍膜機配置條件下，選定真空鍍膜工藝參數(shù)后，影響光學(xué)元件鍍膜面上薄膜性能一致性的主要因素是膜料沉積角和薄膜厚度分布。
[0003]熱蒸發(fā)是一種通過蒸發(fā)或者升華方式，將膜料沉積到光學(xué)元件上的物理氣相沉積技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于真空紫外、深紫外、可見和紅外波段的薄膜制備。相比于其它物理氣相沉積技術(shù)，如等離子體輔助沉積技術(shù)、離子束輔助沉積技術(shù)、磁控濺射沉積技術(shù)和離子束濺射沉積技術(shù)，熱蒸發(fā)是制備吸收損耗小、抗激光損傷能力強的真空紫外/深紫外薄膜首選沉積技術(shù)(J.E.Rudisill,^Design/deposit1n process tradeoffs for high performanceoptical coatings in the DUV spectral reg1n, ”SPIE, 5273 (2004): 30-40.)。熱蒸發(fā)沉積到光學(xué)元件上的膜料能量一般小于十個電子伏特，由此制備的薄膜性能嚴(yán)重依賴于膜料沉積角(C.Zaczek, A.Pazidis and H.Feldermann, “High-performance optical coatingfor VUV lithography applicat1n, ，，in Optical Interference Coatings Topic meeting2007-0SA Technical Digest Series(Optical Society of America, 2007), paper FAl.)0以熱蒸發(fā)制備氟化鎂薄膜為例，分別研究0°、30°、40°、50°、60°和70°沉積角下制備的氟化鎂薄膜的光學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明氟化鎂薄膜為柱狀、多晶結(jié)構(gòu)生長。隨著膜料沉積角增加，氟化鎂薄膜本征吸收損耗和散射損耗顯著增大；薄膜的折射率、聚集密度和晶粒尺寸下降；薄膜結(jié)構(gòu)疏松、表面粗糙度大，易吸附水和碳?xì)涓廴?，?yán)重影響薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性(C.Guo, M.D.Kong, et al., 〃Microstructure_related propertiesof magnesium fluoride films at 193nm by oblique-angle deposit1n， "OpticsExpress, 21(2013):960-967.)。因此，為制備高性能的薄膜，需要優(yōu)化真空鍍膜過程中光學(xué)元件上膜料沉積角分布。此外，真空鍍膜過程中，光學(xué)元件在真空室內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動，該旋轉(zhuǎn)運動使得光學(xué)元件上沉積薄膜具有較好的對稱性分布，但薄膜厚度分布均勻性較差(郭春，孔明東，柳存定和李斌成，“平面行星系統(tǒng)修正擋板校正膜厚均勻性”，光學(xué)學(xué)報，2013，33(2):0231002)。為制備高性能光學(xué)薄膜元件，還需要校正光學(xué)元件上薄膜厚度非均勻性。
[0004]通常，可以通過增加蒸發(fā)或濺射源與光學(xué)元件間的垂直距離，來同時控制光學(xué)元件表面鍍膜點的膜料沉積角和厚度分布。但該方案對真空鍍膜機的制造和真空鍍膜工藝成本帶來巨大的挑戰(zhàn)，如真空鍍膜室體積過大，為獲得高真空鍍膜環(huán)境成本高，且薄膜膜料消耗大，真空鍍膜機使用維護困難。常規(guī)設(shè)計的修正擋板盡管可以優(yōu)化光學(xué)元件上薄膜厚度均勻性，但不能有效地控制膜料沉積角。因此，為制備高性能的光學(xué)薄膜元件，需要更加簡便可行的方法來同時實現(xiàn)真空鍍膜過程中光學(xué)元件上膜料沉積角和厚度分布優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為:克服現(xiàn)有真空鍍膜過程中光學(xué)元件表面上鍍膜點膜料沉積角分布范圍過寬，不同位置處膜料沉積角分布差異過大，以及薄膜厚度分布均勻性較差等問題，提供了一種配備有開孔擋板的真空鍍膜機系統(tǒng)，通過在蒸發(fā)或濺射源與光學(xué)元件間放置開孔擋板，優(yōu)化開孔形狀，實現(xiàn)對光學(xué)元件上膜料沉積角分布范圍控制，降低膜料沉積角及其分布范圍，優(yōu)化薄膜厚度均勻性，提高薄膜性能。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:一種配備有開孔擋板的真空鍍膜機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光學(xué)元件，膜料蒸汽，帶孔擋板和蒸發(fā)或濺射源；通過在蒸發(fā)或濺射源與光學(xué)元件間放置帶孔擋板，真空鍍膜過程中，膜料蒸汽穿過帶孔擋板沉積到光學(xué)元件上，優(yōu)化帶孔擋板的開孔形狀，實現(xiàn)對光學(xué)元件上膜料沉積角分布控制，降低膜料沉積角及其分布范圍，并且校正光學(xué)元件上薄膜厚度非均勻性，提高薄膜性能，其中，所述的膜料沉積角是光學(xué)元件上膜料沉積點與蒸發(fā)或濺射源間的連線矢量與光學(xué)元件上膜料沉積點的表面法向量之間的夾角。
[0007]所述的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)運動可以是單軸旋轉(zhuǎn)或者行星旋轉(zhuǎn)，光學(xué)元件相對于蒸發(fā)或濺射源可以傾斜或水平放置。
[0008]所述的光學(xué)元件鍍膜面可以是平面和/或曲面。
[0009]所述的薄膜可以是金屬薄膜或者介質(zhì)薄膜。
[0010]所述的擋板上開孔形狀取決于真空鍍膜機配置、光學(xué)元件尺寸、目標(biāo)沉積角分布范圍和厚度均勻性指標(biāo)。
[0011]本發(fā)明的原理在于:
[0012]開孔擋板控制膜料沉積角和薄膜厚度分布技術(shù)是一種在真空鍍膜過程中利用擋板開孔形狀選擇性地遮擋被蒸發(fā)或濺射的薄膜材料，使得真空鍍膜機旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中光學(xué)元件上膜料沉積角和厚度分布獲得優(yōu)化的方法。在真空鍍膜過程中，膜料以蒸發(fā)或濺射方式在真空環(huán)境中傳輸，并在光學(xué)元件上沉積形成薄膜。為優(yōu)化薄膜分布，光學(xué)元件在鍍膜機內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)運動使得光學(xué)元件上任意位置處膜料沉積角均具有較寬的分布范圍，并且不同位置上膜料沉積角分布存在明顯差異，同時光學(xué)元件上薄膜厚度分布均勻性較差。通過在蒸發(fā)或濺射源與光學(xué)元件間放置開孔擋板，真空鍍膜過程中，膜料穿過開孔擋板沉積到光學(xué)元件上。優(yōu)化開孔形狀，實現(xiàn)對光學(xué)元件上膜料沉積角分布控制，降低膜料沉積角及其分布范圍，并且校正光學(xué)元件上薄膜厚度非均勻性，提高薄膜性能。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[001